Esfingomielina fosfodiesterasa - Sphingomyelin phosphodiesterase

Esfingomielina fosfodiesterasa
Estructura cristalina de esfingomielinasa de Bacillus cereus .
Identificadores
CE no.	3.1.4.12
No CAS.	9031-54-3
Bases de datos
IntEnz	Vista IntEnz
BRENDA	Entrada BRENDA
FÁCIL	NiceZyme vista
KEGG	Entrada KEGG
MetaCyc	camino metabólico
PRIAM	perfil
Estructuras PDB	RCSB PDB PDBe PDBsum
Ontología de genes	AmiGO / QuickGO
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La esfingomielina fosfodiesterasa ( EC 3.1.4.12 , también conocida como esfingomielinasa neutra , esfingomielinasa o SMasa ) es una enzima hidrolasa que participa en las reacciones del metabolismo de los esfingolípidos . SMase es un miembro de la  superfamilia de enzimas DNase I y es responsable de descomponer la esfingomielina (SM) en fosfocolina y ceramida . Se ha sugerido que la activación de SMasa es una ruta principal para la producción de ceramida en respuesta al estrés celular.

Familia de esfingomielinasa

Se han identificado cinco tipos de SMase. Estos se clasifican según su dependencia de cationes y pH óptimo de acción y son:

• Ácido lisosomal SMasa
• Ácido dependiente de zinc secretado SMasa
• SMasa neutra dependiente de magnesio
• SMasa neutra independiente de magnesio
• SMasa alcalina

De estos, la SMasa ácida lisosómica y la SMasa neutra dependiente de magnesio se consideran candidatos importantes para la producción de ceramida en la respuesta celular al estrés.

Esfingomielinasa neutra

La actividad de la esfingomielinasa neutra (N-SMasa) se describió por primera vez en fibroblastos de pacientes con enfermedad de Niemann-Pick , una enfermedad de almacenamiento lisosomal caracterizada por deficiencias en la SMasa ácida. Un estudio posterior descubrió que esta enzima era el producto de un gen distinto, tenía un pH óptimo de 7,4, dependía de los iones Mg ²⁺ para su actividad y estaba particularmente enriquecida en el cerebro. Sin embargo, un estudio más reciente en cerebro bovino sugirió la existencia de múltiples isoformas de N-SMasa con diferentes propiedades bioquímicas y cromatográficas.

Un gran avance se produjo a mediados de la década de 1980 con la clonación de las primeras N-SMasas de Bacillus cereus y Staphylococcus aureus . El uso de las secuencias de estas esfingomielinasas bacterianas en búsquedas de homología condujo finalmente a la identificación de las N-SMasas de levadura ISC1 en la levadura en ciernes Saccharomyces cerevisiae y las enzimas N-SMasa de mamíferos, nSMase1 y nSMase2. La identidad entre las SMasas de mamíferos, levaduras y bacterias es muy baja, aproximadamente un 20% entre la nSMase2 y la SMasa de B. cereus. Sin embargo, una alineación de las secuencias (ver figura) indica una serie de residuos conservados en toda la familia, particularmente en la región catalítica de las enzimas. Esto ha llevado a la sugerencia de un mecanismo catalítico común para la familia N-SMase.

Una tercera proteína N- SMasa, denominada nSMase3 , se clonó y caracterizó recientemente. nSMase3 tiene poca similitud de secuencia con nSMase1 o nSMase2. Sin embargo, parece haber un alto grado de conservación evolutiva de organismos inferiores a superiores, lo que sugiere que puede comprender una N-SMasa única y distinta. La alta expresión de nSMase3 en el corazón y el músculo esquelético también sugiere roles potenciales en la función cardíaca.

Sitio activo

Vista ampliada del sitio activo de SMasa con iones Co ²⁺ unidos que muestra los residuos responsables de la unión de cationes metálicos divalentes. Desde PDB : 2dds .

La resolución de la estructura cristalina de la esfingomielinasa neutra de Listeria ivanovii y Bacillus cereus ha permitido una comprensión más completa de su sitio enzimático. El sitio activo de la SMasa de B. cereus comprende los residuos Asn -16, Glu -53, Asp -195, Asn-197 e His -296. De estos, se sabe que los residuos Glu-53, Asp-195 e His-296 son esenciales para la actividad. Las actividades catalíticas relativas de SMasa cuando los iones metálicos se unen al sitio activo se han estudiado para iones metálicos divalentes Co ²⁺ , Mn ²⁺ , Mg ²⁺ , Ca ²⁺ y Sr ²⁺ . De estos cinco iones metálicos, Co ²⁺ , Mn ²⁺ y Mg ²⁺ unidos al sitio activo dan como resultado una alta actividad catalítica de SMasa. Ca ²⁺ y Sr ²⁺ unidos al sitio activo exhiben una actividad catalítica mucho menor de SMasa. Cuando uno Mg ²⁺ ion o dos Co ²⁺ iones se unen al sitio activo, dobles hexa- coordinado resultados geometría con dos bi-pirámides octaédricos para Co ²⁺ y una octaédrica bi-pirámide para Mg ²⁺ . Cuando un ion Ca ²⁺ se une al sitio activo, se obtiene una geometría coordinada por hepta. Por lo tanto, se predice que la diferencia en la actividad catalítica de los iones metálicos se debe a diferencias geométricas. De Co ²⁺ y Mg ²⁺ , SMase tiene mejor reactividad cuando dos iones Co ²⁺ se unen a SMase; cuando estos iones Co ²⁺ están unidos, Glu-53 e His-296 se unen cada uno a un catión metálico divalente. Estos cationes están rodeados por moléculas de agua con puentes y funcionan como ácidos de Lewis .

Mecanismo

La resolución de la estructura cristalina de la esfingomielinasa neutra de Listeria ivanovii y Bacillus cereus también ha arrojado luz sobre sus mecanismos catalíticos. El sitio activo de SMasa contiene residuos de Glu e His que están unidos a uno o dos cationes metálicos divalentes, generalmente Co ²⁺ , Mg ²⁺ o Ca ²⁺ para un rendimiento óptimo. Estos dos cationes ayudan en la catálisis al reclutar SM en el sitio activo de SMase. El catión divalente unido al residuo Glu interactúa con el amido-oxígeno y el éster -oxígeno entre C1 y el grupo fosfato de SM; un residuo Asn y el catión metálico divalente unido al residuo His se unen a los átomos de oxígeno del grupo fosfato de SM. Esto estabiliza la carga negativa del grupo fosfato. El catión metálico unido al residuo de His y las cadenas laterales de Asp y Asn reducen el valor de pKa de una de las moléculas de agua con puente, activando así una molécula de agua. Esta molécula de agua actúa como nucleófilo y ataca al grupo fosfato de SM, creando un átomo de fósforo pentavalente cuya carga negativa es estabilizada por los cationes metálicos divalentes. El fosfato luego reforma su conformación tetraédrica y da como resultado los productos ceramida y fosfocolina . Sin embargo, actualmente no está claro si el mecanismo de acción de la esfingomielinasa ácida es el mismo, debido a la falta de una estructura cristalina.

Referencias

Otras lecturas

• "La toxina bacteriana cierra la puerta a la respuesta inmune" 2008-02-13

enlaces externos

• Esfingomielina + fosfodiesterasa en los encabezados de temas médicos (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .